JP7064946B2 - 除湿装置 - Google Patents

Description

本発明は、被検者の呼吸ガス測定装置に接続される除湿装置に関する。

特許文献１は、呼吸ガス測定装置の一例を開示している。呼吸ガス測定においては、被検者の呼気と吸気の湿度差が、測定誤差の原因となりうる。そこで、中空糸膜を備える膜式ドライヤに呼吸ガスを通過させることによって呼吸ガスを除湿し、呼気と吸気の湿度差を低減することが提案されている。

特開２０１２－１６３５４４号公報

上記のような除湿を行なうには、まず中空糸膜を乾燥状態にする必要がある。しかしながら、上記のような中空糸膜は含水容量が大きいので、乾燥状態を得るまでに時間を要する。すなわち、除湿装置を起動してから正確な測定が可能になるまでに時間を要する。

本発明は、正確な呼吸ガス測定を開始できるまでの時間を短縮することを目的とする。

上記の目的を達成するための一態様は、呼吸ガス測定装置に接続される除湿装置であって、
被検者の呼吸ガスが通過する第一流路、および当該呼吸ガスよりも水分含有量が少ない気体が通過する第二流路を有している膜式ドライヤと、
前記第一流路に連通する第一上流側流路に設けられた第一ノーマルクローズ電磁弁と、
前記第一流路に連通する第一下流側流路に設けられた第二ノーマルクローズ電磁弁と、
前記第二流路に連通する第二上流側流路に設けられた第三ノーマルクローズ電磁弁と、
前記第二流路に連通する第二下流側流路に設けられた第四ノーマルクローズ電磁弁と、
を備えている。

呼吸ガスの測定終了後に除湿装置への電力供給を絶つと、第一ノーマルクローズ電磁弁、第二ノーマルクローズ電磁弁、第三ノーマルクローズ電磁弁、および第四ノーマルクローズ電磁弁が、それぞれ閉状態となる。すなわち、第一上流側流路、第一下流側流路、第二上流側流路、および第二下流側流路の各々が閉塞される。これにより、膜式ドライヤの第一流路と第二流路は、外気との連通が絶たれる。

このような構成によれば、除湿装置の非稼働時に膜式ドライヤの膜が外気の湿度を吸収しないようにできる。換言すると、呼吸ガス測定が行なわれていない間に膜の含水量が増加することを抑制できる。したがって、除湿装置の再起動時において膜を乾燥状態にするまでの時間を短縮できる。すなわち、正確な呼吸ガスの測定を開始するまでの時間を短縮できる。

一実施形態に係る除湿装置の構成を模式的に示している。 上記の除湿装置により得られる効果を示している。 上記の除湿装置が備える放熱部材の一例を示している。

添付の図面を参照しつつ、実施形態の例を以下詳細に説明する。各図面においては、説明対象の各要素を認識可能な大きさとするために縮尺を適宜変更している。

図１は、一実施形態に係る除湿装置１の構成を模式的に示している。除湿装置１は、被検者Ｓの呼吸ガスを測定する呼吸ガス測定装置Ｍに接続される。

除湿装置１は、膜式ドライヤ２を備えている。膜式ドライヤ２は、第一流路２１、第二流路２２、および膜２３を備えている。膜２３は、例えばフッ素樹脂系製の中空糸膜により形成されている。膜２３は、第一流路２１と第二流路２２を隔てている。

第一流路２１は、被検者Ｓの呼吸ガスＲＧを通過させるための流路である。呼吸ガスＲＧは、呼吸ガス測定装置Ｍの測定対象となる気体である。

第二流路２２は、パージガスＰＧを通過させるための流路である。除湿装置１は、パージガス供給源Ｐにも接続される。パージガスＰＧは、パージガス供給源Ｐから供給される。パージガス供給源Ｐは、大気でもよい。パージガスＰＧは、呼吸ガスＲＧよりも水分含有量の少ない気体の一例である。

膜２３は、水分子との親和力を有している。第一流路２１に進入する呼吸ガスＲＧは、第二流路２２の進入するパージガスＰＧよりも水分含有量が多い。したがって、膜２３を挟んで流れる呼吸ガスＲＧとパージガスＰＧの間に水蒸気分圧差が存在する。その結果、両水蒸気分圧を均等にしようとする力が、膜２３内に発生する。この力により呼吸ガスＲＧ内の水分が膜２３を通過して第二流路２２へ移行し、除湿がなされる。

除湿装置１は、第一ノーマルクローズ電磁弁３１を備えている。第一ノーマルクローズ電磁弁３１は、第一上流側流路Ｕ１における任意の箇所に設けられる。第一上流側流路Ｕ１は、被検者Ｓと第一流路２１を連通し、呼吸ガスＲＧを膜式ドライヤ２へ供給するための流路である。第一ノーマルクローズ電磁弁３１は、不図示の電源に接続されている。第一ノーマルクローズ電磁弁３１は、無通電時において閉状態となる電磁弁である。

除湿装置１は、第二ノーマルクローズ電磁弁３２を備えている。第二ノーマルクローズ電磁弁３２は、第一下流側流路Ｄ１における任意の箇所に設けられる。第一下流側流路Ｄ１は、第一流路２１と呼吸ガス測定装置Ｍを連通し、膜式ドライヤ２を通過した呼吸ガスＲＧを呼吸ガス測定装置Ｍへ供給するための流路である。第二ノーマルクローズ電磁弁３２は、不図示の電源に接続されている。第二ノーマルクローズ電磁弁３２は、無通電時において閉状態となる電磁弁である。

除湿装置１は、第三ノーマルクローズ電磁弁３３を備えている。第三ノーマルクローズ電磁弁３３は、第二上流側流路Ｕ２における任意の箇所に設けられる。第二上流側流路Ｕ２は、パージガス供給源Ｐと第二流路２２を連通し、パージガスＰＧを膜式ドライヤ２へ供給するための流路である。第三ノーマルクローズ電磁弁３３は、不図示の電源に接続されている。第三ノーマルクローズ電磁弁３３は、無通電時において閉状態となる電磁弁である。

除湿装置１は、第四ノーマルクローズ電磁弁３４を備えている。第四ノーマルクローズ電磁弁３４は、第二下流側流路Ｄ２における任意の箇所に設けられる。第二下流側流路Ｄ２は、膜式ドライヤ２を通過したパージガスＰＧを排気するための流路である。第四ノーマルクローズ電磁弁３４は、不図示の電源に接続されている。第四ノーマルクローズ電磁弁３４は、無通電時において閉状態となる電磁弁である。

上記のように構成された除湿装置１が起動されると、第一ノーマルクローズ電磁弁３１、第二ノーマルクローズ電磁弁３２、第三ノーマルクローズ電磁弁３３、および第四ノーマルクローズ電磁弁３４に電力が供給され、各弁が開状態となる。

これにより、被検者Ｓの呼吸ガスＲＧが、第一上流側流路Ｕ１を通じて膜式ドライヤ２の第一流路２１へ供給される。他方、パージガスＰＧが、第二上流側流路Ｕ２を通じて膜式ドライヤ２の第二流路２２へ供給される。

第一流路に進入した呼吸ガスＲＧに含まれる水分は、前述のように膜２３を通過して第二流路２２へ移行する。第一流路２１を通過した除湿済みの呼吸ガスＲＧは、第一下流側流路Ｄ１を通じて呼吸ガス測定装置Ｍへ供給され、測定に供される。膜式ドライヤ２により被検者Ｓの呼気と吸気の湿度差が低減されるので、呼吸ガス測定装置Ｍにおける測定誤差の発生を抑制できる。

他方、膜式ドライヤ２を通過したパージガスＰＧは、第二下流側流路Ｄ２を通じて排気される。

呼吸ガスの測定終了後に除湿装置１への電力供給を絶つと、第一ノーマルクローズ電磁弁３１、第二ノーマルクローズ電磁弁３２、第三ノーマルクローズ電磁弁３３、および第四ノーマルクローズ電磁弁３４が、それぞれ閉状態となる。すなわち、第一上流側流路Ｕ１、第一下流側流路Ｄ１、第二上流側流路Ｕ２、および第二下流側流路Ｄ２の各々が閉塞される。これにより、膜式ドライヤ２の第一流路２１と第二流路２２は、外気との連通が絶たれる。

このような構成によれば、除湿装置１の非稼働時に膜式ドライヤ２の膜２３が外気の湿度を吸収しないようにできる。換言すると、呼吸ガス測定が行なわれていない間に膜２３の含水量が増加することを抑制できる。したがって、除湿装置１の再起動時において膜２３を乾燥状態にするまでの時間を短縮できる。すなわち、正確な呼吸ガスの測定を開始するまでの時間を短縮できる。

図２は、第一下流側流路Ｄ１において測定された湿度の経時変化を示している。二点鎖線は、膜式ドライヤ２のみを用いた場合を比較例として示している。波線は、膜式ドライヤ２に四つのノーマルクローズ電磁弁を組み合わせた本実施形態の場合を示している。

時点ｔ０において除湿装置１が起動されたとき、比較例における第一下流側流路Ｄ１の湿度ｈ１は、外気と同等である。本実施形態の場合、四つのノーマルクローズ電磁弁により膜式ドライヤ２の内部が外気との連通を絶たれているので、時点ｔ０における第一下流側流路Ｄ１の湿度ｈ２は、比較例よりも低い。

符号ｈｒは、正確な呼吸ガス測定を遂行するために要求される湿度値を示している。除湿装置１の起動後のパージガスＰＧの供給により膜式ドライヤ２の膜２３が乾燥され、第一下流側流路Ｄ１の湿度は低下していく。比較例の場合、時点ｔ１において湿度が要求値ｈｒに達している。本実施形態の場合、時点ｔ２において湿度が要求値ｈｒに達している。除湿装置１の起動時における湿度の初期値ｈ２が低いので、要求値ｈｒに到達するまでの時間を比較例よりも短縮できていることが判る。

図１に破線で示されるように、除湿装置１は、冷却装置４を備えうる。冷却装置４は、膜式ドライヤ２を冷却するように構成されうる。冷却装置４は、例えばペルチエ素子を備えうる。

呼吸ガスＲＧと膜２３との間、および膜２３とパージガスＰＧとの間での水蒸気の移行が平衡に達すると、膜２３による除湿が停止する。このとき、膜２３内には一定量の水分が残留するので、呼吸ガスＲＧの水蒸気分圧が膜２３内の残留水分レベルまで低下したとき、呼吸ガスＲＧと膜２３との間の水蒸気勾配がなくなり、除湿が停止する。すなわち、膜２３の残留水分量が少ないほど高い除湿能力が得られる。膜２３の残留水分量は、温度が低いほど少なくなる。したがって、上記のように膜式ドライヤ２を冷却することにより、除湿能力を高めることができる。

図２に示されるグラフにおいて、実線は、本例のように除湿装置１が冷却装置４を備える場合における第一下流側流路Ｄ１の湿度の経時変化を示している。本例の場合、湿度の初期値ｈ２は、破線で示される冷却なしの場合と同じであるが、冷却なしの場合よりも早い時点ｔ３において湿度が要求値ｈｒまで低下している。冷却装置４によって膜２３の残留水分量が少ない状態とされることにより、要求値ｈｒに湿度が低下するまでの時間を短縮できていることが判る。すなわち、正確な呼吸ガスの測定を開始するまでの時間をさらに短縮できる。

図１に示されるように、除湿装置１は、放熱部材５を備えうる。放熱部材５は、冷却装置４から発生する熱を放散するように構成されうる。この場合、除湿装置１は、膜式ドライヤ２を通過して第二下流側流路Ｄ２を流れるパージガスＰＧが放熱部材５を通過するように構成される。

図３に示されるように、放熱部材５は、第一接続部５１、第二接続部５２、およびヒートシンク５３を備えうる。ヒートシンク５３は、複数の通気路５３ａを区画するようにアルミ押出材などによって形成されうる。第一接続部５１と第二接続部５２は、適宜の手段によりヒートシンク５３と結合される。

第一接続部５１は、管路５１ａを有している。管路５１ａは、第二下流側流路Ｄ２と接続される。第一接続部５１がヒートシンク５３と結合された状態において、管路５１ａの内部は、通気路５３ａと連通する。

第二接続部５２は、管路５２ａを有している。管路５２ａは、排気側流路と接続される。第二接続部５２がヒートシンク５３と結合された状態において、管路５２ａの内部は、通気路５３ａと連通する。

第一接続部５１と第二接続部５２がヒートシンク５３に接続された状態において、複数の通気路５３ａは、通過中のパージガスＰＧが外気に直接触れないように形成されていることが好ましい。

パージガスＰＧは、管路５１ａから進入して通気路５３ａを流れ、管路５２ａから流出する。このような構成によれば、パージガスＰＧの流れを利用して放熱部材５を冷却できる。放熱部材５を冷却するための空冷ファンなどを不要にできるので、除湿装置１の大型化と電力消費を抑制できる。

パージガスＰＧは、放熱部材５を通過した後に大気中に排気されることが好ましい。パージガスＰＧは、膜式ドライヤ２を通過することによって呼吸ガスＲＧから除去された水分を含んでいる。このパージガスＰＧは、放熱部材５を通過することによって加温されるので、流路内における露滴を防ぐことができる。したがって、ウォータートラップなどの設備を設ける必要がない。これにより、除湿装置１の大型化を抑制できるだけでなく、ウォータートラップの交換や水捨てといった作業を不要にできる。

上記の実施形態は、本開示の理解を容易にするための例示にすぎない。上記の実施形態に係る構成は、本開示の趣旨を逸脱しなければ、適宜に変更・改良されうる。

１：除湿装置、２：膜式ドライヤ、２１：第一流路、２２：第二流路、３１：第一ノーマルクローズ電磁弁、３２：第二ノーマルクローズ電磁弁、３３：第三ノーマルクローズ電磁弁、３４：第四ノーマルクローズ電磁弁、４：冷却装置、５：放熱部材、Ｄ１：第一下流側流路、Ｄ２：第二下流側流路、Ｍ：呼吸ガス測定装置、ＰＧ：パージガス、ＲＧ：呼吸ガス、Ｓ：被検者、Ｕ１：第一上流側流路、Ｕ２：第二上流側流路

Claims (4)

1. 呼吸ガス測定装置に接続される除湿装置であって、
   被検者の呼吸ガスが通過する第一流路、当該呼吸ガスよりも水分含有量が少ない気体が通過する第二流路、および当該第一流路と当該第二流路を隔てている膜を有しており、当該呼吸ガス内の水分が当該膜を通過して当該第一流路から当該第二流路へ移行することで当該呼吸ガスの除湿がなされるように構成されている膜式ドライヤと、
   前記第一流路に連通する第一上流側流路に設けられており、無通電時に閉状態となる第一電磁弁と、
   前記第一流路に連通する第一下流側流路に設けられており、無通電時に閉状態となる第二電磁弁と、
   前記第二流路に連通する第二上流側流路に設けられており、無通電時に閉状態となる第三電磁弁と、
   前記第二流路に連通する第二下流側流路に設けられており、無通電時に閉状態となる第四電磁弁と、
   を備えている、
   除湿装置。
2. 前記膜式ドライヤを冷却する冷却装置を備えている、
   請求項１に記載の除湿装置。
3. 前記冷却装置から発生する熱を放散する放熱部材を備えており、
   前記第二下流側流路を流れる気体は、前記放熱部材を通過する、
   請求項２に記載の除湿装置。
4. 前記第二下流側流路を流れる気体は、前記放熱部材を通過した後に排気される、
   請求項３に記載の除湿装置。

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